Influência dos Elementos de Controle Solar na Iluminação Natural

A adição de obstáculos junto à abertura, como os elementos de controle solar, modifica a trajetória da luz natural transmitida, assim como sua quantidade, afetando a iluminação natural no interior das edificações. Essa influência ocorre em razão do bloqueio/filtração parcial da luz natural incidente na abertura, e da variação da direção da luz para o ambiente interno por causa dos múltiplos processos de reflexões entre os elementos de controle solar.

Sendo assim, a luz natural admitida num ambiente interno de uma edificação sofre alterações quantitativas e de distribuição espacial, em função das características geométricas e da refletância dos elementos de controle solar, ocorrendo situações diversas, desde a recepção de iluminação natural insuficiente ou até excessiva.

Basso e Argout (1997), num trabalho sobre avaliação do desempenho de sistemas de controle de insolação e sua interferência na iluminação natural, analisaram oito tipos de dispositivos de proteção solar no rendimento da iluminação natural, avaliada de acordo com o Fator de Luz Natural (FLD). Oito sistemas de proteção solar foram avaliados, partindo-se de um quebra-sol horizontal de forma a proporcionar um ângulo de proteção horizontal de 50°; cinco sistemas de proteção com lâminas posicionadas na horizontal (de forma a oferecerem diferentes desenhos); um sistema de brise vertical móvel (avaliado em duas posições); além do dispositivo de proteção solar toldo, conforme apresentado na Figura 9.

Figura 9 - Tipos de sistemas de controle da luz solar direta analisados (Fonte: BASSO E ARGOUT, 1997)

Esses oito tipos de sistemas de proteção solar foram analisados nas cores branca e preta, para as orientações Norte, Leste, Oeste e Sul, segundo as respectivas recomendações conceituais, para um ambiente modelo reduzido de forma quadrada com três pontos de avaliação da luz natural, perpendiculares a uma abertura lateral. Os autores concluem, entre outros aspectos, que os sistemas de proteção solar 1, 2, 3 e 7, avaliados respectivamente para as orientações solares Noroeste, Norte e Nordeste para 1, 2 e 3, e Noroeste, Norte e Nordeste para 7, têm uma influência menor na iluminação natural. Já os dispositivos 4, 5 e 6 orientados para Norte, Nordeste e Noroeste têm uma interferência significativa, mesmo na cor branca. Os valores de Fator de Luz Diurna variaram significativamente, inclusive com uma situação (Noroeste) de análise em que os valores identificam a incidência solar direta nos pontos de análise, revelando a ineficiência do elemento de proteção solar, não permitindo a adoção do FLD como critério de avaliação nesta situação. Outras tipologias de sistemas de proteção solar, como quebra-sol vertical e combinação (vertical e horizontal), conforme os autores, deverão ser analisadas em trabalhos futuros.

Basso e Sardeiro (2002), numa avaliação do desempenho das aberturas laterais de conjuntos habitacionais visando ao conforto ambiental, tendo como metodologia a APO, utilizam como critérios de avaliação o Fator de Luz Diurna médio, a uniformidade, a diversidade e a iluminância média. Os ambientes analisados nas casas do conjunto habitacional foram sala e cozinha, com 81% dos ambientes com iluminância média variando entre 150 a 1840 lux, ou seja, a grande

maioria possui valores acima do prescrito pela norma NBR 5413 – Iluminância de Interiores.

Abordando a necessidade do controle solar nas edificações em locais que normalmente se acredita desnecessário, Corbella e Castanheira (2001), registram que, no ensino de Arquitetura no Brasil, é generalizada a falta de conhecimento sobre a necessidade de proteção solar, principalmente no verão e quando se tem, na maioria das vezes está equivocada. Também afirmam que o controle da radiação solar, nas paredes e vidraças, pode ser feito pela orientação das suas áreas e seu dimensionamento, cores, parâmetros ópticos, elementos pára-sóis e/ou vegetação. Informam ainda que a necessidade de controle da radiação solar incidente nas fachadas é abordada há muito tempo (como no caso do Código de Justiniano no século V AD, que legislava sobre o direito ao sol – Heliocaminus), como também foi estudada desde o início das pesquisas em arquitetura bioclimática, (OLGYAY e OLGYAY, 1957), (OLGYAY e OLGYAY ,1963).

Considerando a necessidade de controle da luz solar direta incidente nas aberturas, existe a necessidade de conhecer o comportamento da luz natural para o interior dos ambientes, pois diferentes sistemas de controle solar com mesma eficiência apresentam características diferenciadas de distribuição espacial da luz.

Hopkinson, Petherbridge e Longmore (19801_{), evidenciam a necessidade de} controlar cuidadosamente a desejável luz natural no interior dos edifícios, pois, mesmo nos climas temperados, os usuários desejam receber luz solar nos períodos por ela desejados. Nesta questão, pode-se afirmar ainda que a luz natural difusa é a mais desejada, com menores possibilidades de ocorrerem problemas de ofuscamento, menor ganho de calor para o ambiente interno, sendo uma luz homogênea, com melhor distribuição do que a luz solar direta inadequada para as atividades de trabalho nos ambientes internos.

Sobre o controle da luz solar direta na arquitetura, uma obra pioneira e de grande importância até os dias atuais é o trabalho de Olgyay e Olgyay (1957). Esse trabalho trata do controle solar e dispositivos de sombreamento, num farto material sobre esta temática. Nesse livro, são apresentadas respostas sobre quando, onde e como proteger uma edificação da radiação solar, por meio de uma metodologia que compreende: (1) determinação do período de sombra necessária, em função das

características climáticas locais; (2) determinação do sol nesses períodos; (3) determinação do tipo e da posição das proteções solares; (4) projeto e dimensionamento das proteções solares a partir de máscaras de sombra. Esses autores classificam as proteções solares (brises) em três categorias: verticais, horizontais e combinadas, podendo resultar em diversas outras possibilidades.

Para o projeto de proteções das aberturas visando ao controle da luz solar direta, outros autores citam fatores a serem considerados, como Bittencourt (1988), por exemplo, que menciona como fatores a eficiência da proteção, plasticidade, privacidade, luminosidade, ventilação, visibilidade, durabilidade, custos de implantação e manutenção.

Também tratando da avaliação de edificações envolvendo o controle da luz solar direta e o uso da luz natural, Labaki e Bueno-Bartholomei (2001), num trabalho sobre avaliação do conforto térmico e luminoso de prédios escolares da rede pública em Campinas SP, declaram que, em relação ao conforto luminoso, as necessidades de iluminação estão relacionadas a uma percepção visual adequada, conseguida se houver luz em quantidade e qualidade suficientes, ou seja, remetendo também à questão do controle solar. Para a avaliação de conforto térmico, essas autoras mencionam alguns elementos que devem ser levados em consideração na observação realizada nos ambientes de estudo. Citam-se os relativos ao controle da radiação solar, como os elementos de sombra: cortinas, persianas, brises externos, objetos externos, vegetação, elementos vazados. Para a avaliação de conforto luminoso, as mesmas autoras mencionam os elementos que devem ser levados em consideração na observação realizada nos ambientes de estudo, como a existência de ofuscamento, condições de céu, características das janelas, tipo de iluminação natural e tipo de iluminação artificial. Como resultado da avaliação realizada em quinze escolas, as autoras recomendam que as áreas de janelas nunca estejam orientadas para Leste ou Oeste, e que devem ter proteção solar em forma de beiral e brise horizontal instalado do lado externo do ambiente. Além disso, afirmam que os dispositivos de proteção solar necessitam de um detalhamento para serem eficientes e também para não prejudicarem a iluminação natural interna da edificação, uma vez que a maioria dos ambientes das escolas estudadas tem orientação para Leste ou Oeste, indicando que o problema da insolação nos edifícios não é considerado na fase de concepção do projeto. Como solução para os problemas identificados, as autoras segerem genericamente a instalação de dispositivos de proteção solar,

internos (cortinas) ou externos (brises, de diversos materiais, diferentes formas geométricas e cores), além da vegetação como recurso para controle da radiação solar próximo às edificações.

Acerca de diferentes sistemas de iluminação natural e seu relacionamento com o controle solar nas edificações, Kischkoweit-Lopin (2002), num trabalho sobre uma revisão dos sistemas de iluminação natural, apresenta sistemas de iluminação natural que incorporam também características de sombreamento. Classifica os sistemas de iluminação natural segundo dois princípios básicos: sistemas de sombreamento e sistemas ópticos. Apresenta, na classificação, critérios para escolha dos sistemas de iluminação natural, como o comportamento em relação ao sombreamento, proteção contra o brilho, visão externa, habilidade da penetração da luz no ambiente e distribuição da iluminação.

No que se refere aos sistemas de sombreamento, para o autor estes são projetados primariamente para bloquear a luz solar direta e admitir a luz difusa, mas podem inclusive redirecionar a luz solar direta e difusa. O uso de dispositivos de sombreamento convencionais para evitar o sobre-aquecimento ou efeitos de brilho excessivo também reduze o uso da iluminação natural para as tarefas visuais no interior dos ambientes. Para aumentar o uso da iluminação natural nessas circunstâncias, o autor declara que sistemas de sombreamento têm sido desenvolvidos, permitindo redirecionar a luz difusa para o interior do ambiente por reflexão ou somente difundindo a luz solar difusa. Na classificação de sistemas de sombreamento, ele apresenta duas categorias:

- Sistemas de sombreamento primários que utilizam luz do céu difusora, que bloqueiam a luz solar direta, mas têm transparência para a luz do céu difusa. Para cada um dos sistemas citados (painéis prismáticos; prismas e venezianas; espelhos protetores do Sol; abertura zenital anidólica; sistema de sombreamento direcional seletivo com concentração de HOE; sistema de sombreamento transparente com

HOE baseado na reflexão total), aplicados na posição vertical, horizontal ou de

forma inclinada (dependendo do sistema), são feitas considerações sobre o clima adequado, detalhes informativos e critérios para escolha dos elementos. Nesses seis sistemas apresentados não consta nenhuma observação acerca de controle solar nos critérios de escolha, apesar de existir, pela descrição dos sistemas.

- Sistemas primários de sombreamento que utilizam luz solar direta, com utilização da luz solar difusa ou luz solar redirecionada na cobertura ou acima da

linha de visão. Para cada um dos sistemas citados (sombreador direcionador de luz; venezianas e persianas horizontais externas; prateleira de luz para re- direcionamento da luz solar; envidraçado com propriedades refletivas; luz do céu devida a painéis cortados a laser; plaquetas horizontais giratórias externas), aplicados na posição vertical, horizontal ou de forma inclinada (dependendo do sistema), são feitas considerações a respeito do clima adequado, detalhes informativos e critérios para escolha dos elementos. Desses seis sistemas apresentados, somente um apresenta como um dos elementos de critério de escolha um coeficiente de ganho de calor solar variável.

Como sistemas ópticos, o autor apresenta sistemas de iluminação natural sem sombreamento incluído. Estes sistemas foram projetados, primariamente, para redirecionar a luz natural para áreas afastadas das janelas ou para aproveitar a luz do céu. No entanto, cabe frisar que podem atuar como elementos de controle solar em função da sua configuração geométrica. Na classificação de sistemas óticos, o autor apresenta quatro categorias:

I. Sistemas direcionadores da luz difusa, como prateleira de luz; sistema anidólico integrado; teto anidólico; sistema de plaquetas internas ao vidro; elementos direcionadores da luz zenital com elementos óticos holográficos (HOE).

II. Elementos óticos holográficos (HOE), aplicados na posição vertical, horizontal ou de forma inclinada, dependendo do sistema, no qual constam considerações sobre o clima adequado, detalhes informativos e critérios para escolha dos elementos.

III. Sistemas direcionadores da luz direta, como painéis cortados a laser –

LCP; painéis prismáticos; elementos óticos holográficos para a luz do céu; vidro

direcionador de luz, aplicados na posição vertical ou de forma inclinada, dependendo do sistema, em que constam considerações acerca do clima adequado, detalhes informativos e critérios para a escolha dos elementos.

IV. Sistemas de espalhamento para distribuição da iluminação, como sistemas de espalhamento (vidro difusor de luz, vidro caplilarizado, vidro fosco), aplicados na posição vertical, no qual constam considerações sobre o clima adequado, detalhes informativos e critérios para a escolha dos elementos.

Finalizando a avaliação desses sistemas de iluminação natural, Kischkoweit- Lopin (2002) conclui, entre outras questões, que problemas como sobre- aquecimento de ambientes ou brilho excessivo podem ocorrer devido à recusa de

uso de sistemas de iluminação natural e de soluções paliativas que reduzem esses problemas.

No que se refere à proteção da luz solar direta nas aberturas, Rojas, San Juan e Rosenfeld (1999) tratam da sua questão tipológica, citando diversos sistemas de controle solar, quanto às variáveis de projeto, como disposição, forma, mobilidade de seus elementos e material construtivo. Nesse trabalho, foi realizada uma classificação sintética dos sistemas de controle solar em dois grupos: o primeiro sobre os sistemas de controle solar que criam espaços sombreados intermediários entre o ambiente exterior e o interior; e o segundo, que reúne as proteções solares da envolvente construída. No primeiro grupo, foram relacionados: galeria, sacada coberta, telas rígidas, volumes do próprio edifício, elemento natural. Já no segundo, foram relacionados elementos naturais aderidos à fachada, quebra-sol, beiral, marquise, toldo, teto de sombra.

Nas questões do controle solar e de iluminação natural em edificações, Laar (2001) realizou um estudo de sistemas de sombreamento e iluminação natural para um edifício de escritório em clima tropical, no Rio de Janeiro. Na análise realizada para dezessete diferentes sistemas de iluminação natural e sombreamento para fachadas (sistemas fixos, móveis e combinados), foram considerados dez fatores de avaliação, entre os quais sombra, luz natural, proteção contra o brilho e desempenho térmico. Desses dezessete sistemas analisados por meio de simulação computacional com uso do Programa RADIANCE, somente nove deles atendem minimamente os quesitos sombra e luz natural juntos.

Na Tabela 1 são apresentados os dezessete sistemas analisados e as respectivas avaliações.

Tabela 1 - Avaliação do controle solar e uso da luz natural para sistemas de sombreamento

Sistemas Simples

Sistemas Fixos Sombra Natural Luz Proteção do brilho Desempenho Térmico 1A Vidro refletivo/absortivo médio não não mau 1B Vidro refletivo/absortivo médio não não médio

1C Vidro eletrocrômico médio não médio bom

2 Painéis Cortados à Laser

Plexiglas Luz Natural não sim não bom

3 Prateleiras de luz ext+int parcial sim não muito bom

4 Quebra-sol horizontal sim não sim muito bom

5 Quebra-sol vertical sim não não muito bom

continuação

Sistemas Simples

Sistemas Móveis Sombra Natural Luz Proteção do brilho Desempenho Térmico

A1 Persianas internas sim não sim mau

A2 Persianas externas sim não sim muito bom

A3 Persianas dentro de

vidros duplos sim não sim médio

B Veneziana LCP não sim não bom

C1 Veneziana externa de

iluminação natural sim médio sim excelente

C2 Veneziana interna de

iluminação natural sim médio sim médio

C3 Veneziana de iluminação

natural dentro de vidro duplo sim sim sim médio Sistema Combinados

3+5 Prateleira de luz +

Brises fixos muito bom muito bom sim muito bom 2+3+5 Plexiglas luz natural

ou LCP + Prateleira de luz + Brise vertical

muito

bom excelente sim muito bom (Fonte: Adaptado de LAAR, 2001).

No entanto, a configuração físico-geométrica de alguns dos sistemas analisados (não apresentada no trabalho) deve ter influído na baixa avaliação de alguns dos sistemas, como no caso das prateleiras de luz externa mais interna, quebra-sol horizontal e quebra-sol vertical, pois tanto a configuração físico- geométrica, quanto outras características, como a refletância das superfícies, influem decisivamente em relação aos critérios de avaliação adotados. Dos dezessete sistemas avaliados, os de melhor resultado nos aspectos de sombra, luz natural, proteção contra o brilho e desempenho térmico foram os sistemas combinados, como era de se esperar, como o sistema de Prateleira de luz + Brises fixos, e o sistema Plexiglas Luz natural ou LCP + Prateleira de luz + Brise vertical.

Também avaliando controle solar e iluminação natural nas aberturas, procurando identificar o desempenho de vários sistemas de sombreamento, Littlefair (1999) analisou quatorze tipos sob os critérios de transmitância solar total relativa para verão e inverno; horas de sobre-aquecimento; transmitância à luz natural relativa; controle do brilho; entre outros, como privacidade, regulagem, orientação solar mais indicada. Os quatorze tipos analisados foram vidro duplo sem

sombreamento, marquise horizontal, bancada de luz, persiana externa, vidro absorvente, vidro refletivo ao calor, película para janela, redução da área de janela, venezianas inclinada a 45 graus, venezianas fixas a 45 graus, cortinas, venezianas, persiana de enrolar, persiana refletiva de enrolar.

A avaliação de Littlefair mostra que os dispositivos de proteção externos podem ser mais eficientes para a prevenção do sobre-aquecimento, que somente os sofisticados sistemas de persianas externas são realmente eficientes no controle dos ganhos de calor e de brilho do Sol juntos; além disso que alguns dispositivos têm baixa transmitância solar no verão e alta transmitância no inverno, e alta transmitância à luz natural, situações estas consideradas como os critérios ideais de proteção solar.

Sobre requisitos térmicos e de iluminação natural para sistemas de sombreamento, Kuhn et al (2000), num trabalho sobre avaliação da proteção contra o sobre-aquecimento com uso de sistemas de sombreamento, citam para o conforto térmico, altos ganhos solares no inverno, baixos ganhos solares no verão; e, para conforto visual suficiente disponibilidade de luz natural, iluminação homogênea, proteção contra o brilho.

A viabilização de um adequado balanço termo-luminoso em termos de recursos arquitetônicos para o controle solar e uso da luz natural tem-se mostrado difícil de obter na arquitetura, sendo comumente um desses requisitos de desempenho priorizado, junto com outros, como no caso o de visualização externa, de grande preferência por parte dos usuários. Neste tipo de situação arquitetônica, em boa parte do dia e em partes do ano, o visual externo desejado não é garantido, pois elementos internos de controle solar como cortinas, persianas, entre outros, são utilizados para o controle do brilho solar e/ou da insolação direta; outras vezes, o controle da insolação direta é demasiado, reduzindo a possibilidade de uso da luz natural difusa que chega até a abertura.

Kremer (2002), num trabalho acerca da influência de elementos de obstrução solar no nível e na distribuição interna de iluminação natural num protótipo escolar, comparou, por meio de simulação computacional da luz natural, quatro situações diferenciadas. Na situação de iluminação unilateral (uma abertura na fachada) em relação à iluminação bilateral (duas aberturas em duas fachadas opostas, sendo uma desta superior), o autor verificou nesta última situação um desempenho melhor em termos de níveis e de distribuição da iluminação natural. Outra situação

verificada foi a comparação de aberturas com elementos de proteção solar em relação à ausência destes, sendo comparados quatro tipos de brises (prateleira de luz, elemento horizontal, brise vertical, brise inclinado). Foram observadas as orientações solares Norte e Leste de acordo com o tipo mencionado, identificando que a presença dos elementos de sombreamento provocaram, na maioria das situações, a diminuição da zona excessiva de iluminância próxima às aberturas e melhoria da distribuição interna da iluminação; ao mesmo tempo, a presença dos elementos de controle solar provocou uma diminuição no nível de iluminação interno, aumentando a zona luminosa de iluminância insuficiente. Ainda nesta questão, o autor identificou que, em praticamente todas as situações do modelo sem brise, os níveis de iluminação já eram insuficientes e com a adição dos elementos de controle solar, os níveis de iluminação reduziram-se ainda mais. Como conclusão sobre os requerimentos termo-luminosos no que se refere à presença de elementos de controle solar e ao uso da luz natural, o autor afirma que na maior parte do dia e do ano, os elementos de obstrução solar podem ser considerados inoperantes e prejudiciais para a iluminação natural, pois sendo o céu encoberto o de maior ocorrência em Florianópolis, não há insolação direta e estes elementos perdem a função de proteger a abertura dos ganhos de calor solar.

Contrariamente a isso, pode-se dizer que a função dos elementos de controle solar é justamente controlar a insolação direta nos períodos em que ela está presente, ou seja, se existe essa necessidade, deve ser atendida, compreendendo que se devem procurar elementos de controle solar que também possibilitem o aproveitamento da luz natural para o interior dos ambientes, por meio da luz natural indireta, como a luz refletida ou filtrada.

Ainda no trabalho de Kremer, outra situação de análise foi a comparação da orientação das aberturas para Norte versus Leste, identificando que, para Norte, o